Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Оптимизация обработки светло-каштановых почв в полупустынной зоне Волгоградского Заволжья

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Оптимизация обработки светло-каштановых почв в полупустынной зоне Волгоградского Заволжья"

00553&оэи

Шачнев Владимир Павлович

ОПТИМИЗАЦИЯ ОБРАБОТКИ СВЕТЛО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВ В ПОЛУПУСТЫННОЙ ЗОНЕ ВОЛГОГРАДСКОГО ЗАВОЛЖЬЯ

Специальность 06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

г 4 о;;т гшз

Москва-2013

005535850

Работа выполнена на кафедре земледелия и агрохимии ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет».

Научный руководитель: Беленков Алексей Иванович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Официальные оппоненты: Сапожников Петр Михайлович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, МГУ имени М.В. Ломоносова, профессор кафедры физики и мелиорации почв Корчагин Алексей Анатольевич кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, Владимирский ГУ, доцент кафедры почвоведения

Ведущая организация: ГНУ «Нижне - Волжский научно-

исследовательский институт сельского хозяйства»

Защита диссертации состоится « {9 » к€М)ЬИ 2013 года в часов на заседании диссертационного совета Д.220.(/43.05 при ФГБОУ ВПО «РГАУ -МСХА имени К.А. Тимирязева» по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 15, тел./факс 8 (499) 976-24-92.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ФГБОУ ВПО «РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева»

Автореферат разослан« // » 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.В. Шитикова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Научные исследования и производственная практика должны быть направлены на разработку и внедрение малозатратных технологий возделывания с.-х. культур, обеспечивающих приемлемую рентабельность и уровень производства. Особая роль здесь принадлежит совершенствованию системы основной обработки почвы, так как на нее расходуется 30-50 % энергетических и 20-25% трудовых затрат в современном растениеводстве (A.A. Жученко, 2004). В связи с этим необходимо разработать и совершенствовать составные звенья ¡зональных систем адаптивно-ландшафтного земледелия, в том числе, и системы основной обработки почвы применительно к хозяйствам различных форм собственности.

Цель и задачи исследований. Цель исследований: изучить и обосновать эффективность системы основной обработки светло-каштановой почвы в зернопаровом севообороте с использованием различных приемов и орудий в полупустынной зоне Волгоградского Заволжья.

Для достижения поставленной цели решали задачи:

• дать оценку эффективности осенних и весенних приемов обработки почвы в севообороте: пар черный - яровая пшеница - яровой ячмень;

• изучить в типичном для зоны полевом севообороте влияние различных приемов разноглубинной обработки почв на динамику плодородия и урожайность сельскохозяйственных культур;

• установить рациональное сочетание и правильную комбинацию различных обработок почвы в зернопаровом севообороте;

• изучить возможность минимализации основной обработки светло-каштановых почв Волгоградского Заволжья;

• дать агротехническую, экономическую и энергетическую оценку предлагаемых приемов обработки почвы.

Научная новизна. Впервые на светло-каштановых почвах Палласовского района Волгоградской области впервые проведено комплексное изучение эффективности зяблевой и весенней основной обработки различными почвообрабатывающими машинами и орудиями. Исследованиями доказана возможность и целесообразность обработки почвы, позволяющей с меньшими материальными и энергетическими затратами получать достаточно стабильные урожаи зерновых культур в данной почвенно-климатической зоне.

Практическая значимость. Комбинированные системы основной обработки почвы в зональных севооборотах относительно других вариантов позволяют рационально и экономно использовать трудовые и материальные затраты, снижать себестоимость продукции в 1-1,5 раза, увеличивая рентабельность производства зерна в 2-2,5 раза.

Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены в отдельных сельскохозяйственных предприятиях Палласовского района Волгоградской области: ОАО «Калининское», КСП «Чапаевское», ГПЗ

«Ромашковский», ЗАО «Сармат» на площади около 500 га с общим экономическим эффектом 184,0 тыс. руб.

Основные положения, выносимые на защиту:

- агрофизические, агрохимические и биологические свойства светло-каштановой почвы в зависимости от приемов основной обработки;

- формирование урожайности зерновых культур по вариантам обработки почвы;

- сравнительная эффективность различных систем основной обработки почвы в полевом севообороте;

- экономическая и энергетическая оценка разных по интенсивности вариантов обработки почвы под культуры севооборотного звена.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на международных и всероссийских научных и научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Волгоградского ГАУ (2007, 2008, 2009 гг.), научных конференциях РГАУ -МСХА имени К.А. Тимирязева в 2008-2010 гг.

Публикация результатов исследований. По материалам исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе 6 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 203 страницах, включает 52 таблицы, 8 рисунков, состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений производству, содержит 34 приложения. Список литературы включает 202 источника, в том числе 8 иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Условия и методика проведения исследований

Комплексные исследования проводили в 2006-2009 гг. на опытном поле в учебно-опытном хозяйстве ГОУ ПУ №56 г Палласовки Волгоградской области.

По данным почвенного обследования Волгоградской агрохимслужбы, светло-каштановые почвы, на которых расположено учебно-опытное хозяйство, занимают 9,3 % от площади сельхозугодий области. Процентное содержание гумуса самое низкое по Волгоградской области и составляет в среднем 2,2 % в пахотном горизонте, а в горизонте Bi -1,5% (по Тюрину). Фосфорной кислоты содержится 2,4 мг/100 г почвы (по Мачигину), подвижного К20 23 мг/100 г почвы (по Бровкиной).

За четырехлетний период исследований наиболее благоприятным по основным агрометеорологическим показателям оказался 2006 г. (ГТК=0,67), средним - 2007 (ГТК=0,64) и 2008 - (ГТК=0,75) гг., особенно неблагоприятным оказался засушливый 2009 г. (ГТК=0,43).

Исследования проводились в зернопаровом севообороте со следующим чередованием культур: пар черный - яровая пшеница - яровой ячмень.

Схема опыта включала в себя следующие варианты (таблица 1).

Таблица 1 - Схема полевого опыта в учхозе ГОУ ПУ №56 г. Палласовки

№ п./п. Система обработки почвы в севообороте

В черном (раннем) пару под яровую пшеницу Ячмень Условное обозначение

1 020 020 020 - 020

2 П20 П20 П20 - П20

3 020 П12 020-П12

4 П20 012 П20-012

5 020 «0» 020 - «0»

6 П20 «0» П20 - «0»

7 лю П20 ЛЮ - П20

8 Б10 020 Б10 - 020

Примечание: система основной обработки почвы осенью и весной в севообороте пар черный - яровая пшеница - ячмень, где О, П, Л, Б «О» - обработка почвы отвальная ПЛН-4-35, плоскорезная КПГ-250, лущение ЛДГ-10, БИГ-3, «нулевая» под яровую пшеницу и ячмень на 20, 12, 10, «0», т.е. на 20-22; 12-14; 8-10 см, жирный шрифт - весенние обработки и варианты без обработки почвы - «0».

Полевой опыт включает 6 вариантов осенних и 2 весенних обработок пара под яровую пшеницу, 6 осенних и 2 нулевых обработок под ячмень. Повторность опыта четырехкратная, размещение делянок последовательное, двухъярусное.

Общая площадь опытной делянки: 550 м2; учетной делянки - 250 м2. Общая площадь опыта 5,3 га.

В полевом опыте использовалась общепринятая для зоны исследований агротехника выращивания зерновых культур с набором традиционных машин и орудий, соблюдением агротехнических требований и параметров проведения операций.

В опыте высевались районированные сорта яровой пшеницы - Альбидум-29, ярового ячменя - Медикум-135 с одинаковой нормой высева 3 млн. шт./ га.

Исследования проводили по общепринятым методикам: плотность почвы с помощью режущего кольца; макроагрегатный (по Н.И.Саввинову) и микроагрегатный (по H.J1. Качинскому) состав почвы; влажность почвы термостатно - весовым методом; биологическая активность методом распада льняных полотен; биологическая токсичность почвы методом растительных тестов; гумус по И.В. Тюрину; нитраты колориметрически с помощью реактива Грисса; аммоний колориметрически посредством реактива Несслера;

подвижный фосфор по Б.П. Мачигину; обменный калий методом пламенной фотометрии; засоренность посевов количественно - весовым методом; накопление корней в почвенном монолите по Н.З. Станкову; пожнивных остатков по методики Госсортсети; биологический урожай и его структура по методике Госсортиспытания; фактическая урожайность сплошным методом при помощи прямого комбайнирования; экономическая эффективность расчетно-нормативным методом; агроэнергетической оценка методом энергетических эквивалентов. Статистическая обработка урожайных данных производилась методом дисперсионного анализа в изложении Б.А. Доспехова (1985) с использованием компьютерной программы «STRAZ».

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1. Агрофизические показатели плодородия почвы

Плотность почвы. Плотность почвы является интегральным показателем ее агрофизических и механических свойств. Этот показатель динамичен и изменяется в зависимости от колебаний влажности, порозности почвы, её оструктуренности. Он определяет величину общей и интегральной пористости почвы, характер водно-воздушного и теплового режимов, интенсивность и направленность физико-химических и микробиологических процессов (И.Б. Ревут, 1976; А.Н. Сухов 1987; К.Г. Шульмейстер, 1995; И.Д. Шишлянников, 2004; А.И. Беленков. 2006).

В наших исследованиях наблюдалось изменение плотности почвы по отдельным годам. В засушливые, неблагоприятные по увлажнению годы (2008, 2009), она была меньше, чем в более увлажненные (2006 и 2007 гг.). Такая ситуация связана с воздействием ударных сил дождевых капель и гравитационных самой почвы, что вызывало ее самоуплотнение в черном пару и под с.-х. культурами. В засушливый период отмечалось уменьшение плотности почвы при наименьшем воздействии внешних сил на пахотный слой (таблица 2).

Различия между отдельными обработками носят достаточно отчетливый характер. Прослеживалась наибольшая величина плотности почвы по средним и мелким плоскорезным обработкам в сравнении со вспашкой на глубину 20-22 см. Поверхностные и нулевые обработки увеличивали плотность почвы в среднем на 0,03-0,05 г/см3 относительно мелких отвальных и плоскорезных.

Нами установлена устойчивая тенденция увеличения плотности почвы от парового поля к замыкающей севооборот культуре - ячменю. Это объясняется уменьшением количества обработок в последнем поле по сравнению с паром. Изменения плотности почвы вглубь по отдельным частям корнеобитаемого горизонта почвы носили восходящий характер, особенно при ограниченном механическом воздействии на почву приемами обработки и в результате самоуплотнения нижележащих слоев 10-20 и 20-30 см.

Среди различных систем и вариантов основной обработки, изучаемых в полевых опытах, отмечается увеличение плотности почвы от весны к середине лета и в пределах одного срока определения, отмечается меньшая величина плотности по постоянной вспашке на 20-22 см.

4

Таблица 2 - Плотность сложения пахотного слоя почвы в черном пару и под культурами зернопарового

севооборота по отдельным годам, г/см

№ п/п Система обработки почвы Черный пар Яровая пшеница Яровой ячмень

2006 г 2007 г 2008 г 2009 г Сред. 2006 г 2007 г 2008 г 2009 г Сред. 2006 г 2007 г 2008 г 2009 г Сред.

1 020-020 1,15 1,13 1,11 1,11 1,12 1,17 1,14 1,11 1,11 1,13 1,22 1,20 1,13 1,14 1,17

2 П20-П20 1,25 1,23 1,15 1,17 1,20 1,23 1,22 1,16 1,16 1,19 1,27 1,26 1,20 1,20 1,23

3 020-П12 1,19 1,18 1,14 1,14 1,16 1,23 1,23 1,17 1,18 1,20 1,28 1,28 1,22 1,23 1,25

4 П20-012 1,25 1,25 1,15 1,16 1,20 1,27 1,25 1,19 1,19 1,23 1,29 1,29 1,23 1,25 1,27

5 020 - «0» 1,26 1,23 1,17 1,18 1,21 1,23 1,23 1,20 1,20 1,22 1,33 1,30 1,23 1,23 1,27

6 П20 - «0» 1,27 1,25 1,16 1,20 1,22 1,23 1,23 1,17 1,18 1,25 1,35 1,34 1,23 1,24 1,29

7 Л10-ГО0 1,28 1,25 1,22 1,22 1,24 1,30 1,27 1,23 1,26 1,27 1,33 1,33 1,26 1,27 1,30

8 Б10-020 1,28 1,27 1,20 1,22 1,24 1,30 1,25 1,22 1,25 1,26 1,35 1,30 1,26 1,26 1,29

НСР05 0,05 0,05 0,03 0,03 - 0,05 0,04 0,06 0.04 - 0,05 0,04 0.05 0,04 -

Плоскорезное рыхление на одинаковую глубину приводило к увеличению плотности на 0,04-0,05 г/см3, наиболее уплотненными оказались варианты весенней обработки на 8-10 см лущильником и игольчатой бороной в черном пару под яровую пшеницу в сочетании с обработкой плугом и плоскорезом под ячмень. Нулевые варианты для последней в севообороте культуры обуславливали некоторое увеличение плотности почвы, но она сдерживалась средними отвальными и безотвальными обработками пара под яровую пшеницу. Следует отметить, что при первом сроке определения плотности почвы под яровой пшеницей и ячменем ее величина не выходила за интервал оптимальных параметров для зерновых культур (1,15-1,25 г/см3). При втором сроке определения отмечалось увеличение плотности выше требуемого предела, особенно это проявлялось на ячмене, под которым к уборке почва уплотнялась до 1,30 г/см и более, особенно на мелких обработках (таблица 3).

Таблица 3 - Плотность пахотного слоя почвы в пару и культурами опытного севооборота при двух сроках определения, г/см3 (среднее за 2006-2009 гг.)

№ п./п. Система обработки почвы в севообороте Черный пар Яровая пшеница Ячмень

весной осенью при посеве к уборке при посеве к уборке

1 020 - 020 1,10 1,13 1,10 1,15 1,13 1,20

2 П20 - П20 1,15 1,25 1,14 1,25 1,18 1,27

3 020 - П12 1.12 1,19 1.16 1,24 1.22 1,32

4 П20 - 012 1.17 1.23 1,20 1.26 1.20 1.32

5 О20 - «0» 1,16 1,26 1,19 1,25 1.20 1.30

6 П20 - «0» 1.19 1,25 1,18 1.31 1.23 1,35

7 Л10 - П20 1.20 1.28 1,22 1,32 1.25 1,35

8 Б10-020 1.20 1.28 1,22 1.30 1,22 1,36

НСР05 0,04 0,06 0,03 0,03 0,04 0,05

Пористость почвы. Величины общей пористости пахотного слоя почвы менялись обратно пропорционально величине ее плотности, приобретая максимальное значение на тех вариантах, которые были менее уплотнены Так наибольшая пористость (55-58%) отмечалась в системе постоянной отвальной обработки под обе культуры севооборота. Минимальная пористость (50-55%) зафиксирована по трем последним вариантам основной обработки, где

6

чередовались плоскорезная и нулевая, а также поверхностные и глубокие обработки плоскорезом и плугом. Остальные системы основной обработки почвы в пару и под отдельные культуры занимали промежуточное положение по влиянию на показатель. Установлена тенденция снижения пористости почвы от весны к лету-осени, от начала вегетации к ее окончанию (таблица 4).

Таблица 4 - Общая пористость пахотного слоя почвы в зернопаровом севообороте по отдельным вариантам полевого опыта, % (среднее за период

исследований)

№ п./п. Система обработка почвы в севообороте Черный пар Яровая пшеница Яровой ячмень

весна осень перед посевом к уборке перед посевом к уборке

1 020 - 020 58,0 57,0 58,0 56,0 57,0 55,0

2 П20-П20 57,0 53,0 57,0 53,0 56,0 53,0

3 020-П12 58,0 55,0 56,0 54,0 54,0 51,0

4 П20-012 56,0 54,0 55,0 53,0 55,0 52,0

5 020 - «0» 56,0 53,0 55,0 53,0 55,0 52,0

6 П20 - «0» 55,0 53,0 55,0 52,0 54,0 50,0

7 Л10-П20 55,0 52,0 54,0 51,0 53,0 50,0

8 Б10-020 55,0 52,0 54,0 52,0 54,0 50,0

НСР05 0,5 0,5 0,8 0,8 0,5 0,4

В наших исследованиях по всем вариантам в начале вегетации яровой пшеницы и ярового ячменя общая пористость в пахотном слое составляла 53,0 -58,0 %, а к концу вегетации она снижалась до 50 - 55 %. В начале вегетации общая пористость подпахотного слоя на фоне вспашки была на 3-4 % ниже, чем на фоне безотвальной обработки, к концу вегетации эта разница составила 2гЗ %. Незначительная разница по отдельным обработкам почвы наблюдалась в верхнем посевном слое. После прикатывания почвы вслед за посевом яровых культур общая пористость составляла 54 -55% и была благоприятной для прорастания семян. Общая пористость почвы слоя в пару, под яровой пшеницей и яровым ячменем обеспечивала достаточную ее аэрацию и характеризовалась в основном как удовлетворительная и хорошая, Соотношение капиллярной и некапиллярной пористости колебалось от 2,0 до 5,4 с максимальными значениями при средней обработке почвы, выходящими в отдельные годы за границы агрономического минимума (менее 3,5).

Структурно-агрегатный состав почвы. Структура почвы является одним из первостепенных свойств, определяющих условия жизни растений и уровень почвенного плодородия (В.Р. Вильяме, 1946; Э. Рассел, 1955; Л.С. Роктанен, 1970; Н.С. Матюк и др., 2004; К. Мапс1егип§, 2006). Наши исследования показали, что сравнение различных способов обработки почвы под яровую пшеницу, идущую по пару, позволяет выделить вариант вспашки отвальным плугом на 20-22 см, по которой отмечалось наибольшее количество макроагрегатов (более 64%), максимальная величина коэффициента структурности (1.80) и критерия водопрочности (45). По плоскорезной обработке на 20-22 см, проводимой под яровую пшеницу, получено несколько меньшее количество макроагрегатов (63%) и, соответственно, наблюдалось относительное снижение коэффициента структурности (1,70) и критерия водопрочности (44,4) в сравнении со вспашкой. Обработки почвы на глубину 20-22 см обеспечивали более благоприятную структуру в сравнении с обработками на 8-10 см, что согласуется с ранее проведенными исследованиями (А.И. Беленков, 2010).

□ Вспашка на 20-22 см

П Плоскорезная обработка на 20-22 см

□ Лущение весной на 810 см

□ Боронование весной на 8-10 см

Рисунок 1. Структурно-агрегатный состав пахотного слоя почвы под яровой пшеницей в период появления всходов (среднее за 2006-2009г.г.)

Обработки почвы на 8-10 см, осуществляемые лущильником и игольчатой бороной весной, приводили к снижению содержания почвенных агрегатов размером от 0,25 до 10 мм, коэффициента структурности и критерия водопрочности в сравнении с отвальной, плоскорезной обработкой на 20-22 см.

Водный режим почвы. В Волгоградском Заволжье первостепенное значение имеют приемы накопления, сбережения и рационального использования почвенной влаги (М.В. Араканцев, 1976; В.Я. Ульченко, 1988; В.М. Жидков, 2004; Ю.Н. Плескачев, 2005; С.Н. Шевченко, 2008). Динамика влажности почвы от весеннего к летне-осеннему определению в пару, у культур по фазам приведена в таблице 5.

Таблица 5 - Влажность метрового слоя почвы по вариантам основной обработки, % (среднее за 2006-2009 гг.)_

№ Система обработки почвы Черный пар Яровая пшеница Яровой ячмень

весна лето перед уходом в зиму перед посевом колошение к убор ке перед посевом колошение к убор ке

1 020-020 15,3 13,0 13,3 15,3 11,2 9,7 14,6 12,7 7,3

2 П20-П20 18,6 15,6 16,6 16,8 14,5 10,0 15,5 13,2 8,0

3 020-П12 15,2 13,5 13,4 16,3 13,1 10,7 14,9 12,5 7,9

4 П20-012 17,2 15,0 16,0 16,5 13,8 9,9 14,6 12,7 7,0

5 020 - «0» 14,4 11,7 13,2 13,5 10,1 8,8 10,5 10,0 7,0

6 П20 - «0» 14,6 12,0 12,6 13,6 11,3 8,5 11,1 10,9 8,2

7 Л10-П20 13,7 11,3 12,9 12,0 11,1 9,3 13,3 12,2 8,0

8 Б10 - 020 14,5 13,8 13,7 12,9 12,1 9,8 13,7 12,5 8,1

НСР05 2,2 2,5 2.9 1.5 2,3 1.1 2,0 1,5 1,0

Изучение влажности метрового слоя почвы показало, что в черном пару происходило незначительное снижение влажности в течение весенне-летнего периода, в среднем на 1-2%. Замедление потерь влаги отмечается в вариантах ежегодной плоскорезной обработки по сравнению со вспашкой и поверхностными весенними обработками. Более значительное снижение влажности почвы от начала к концу вегетации происходило под отдельными культурами, в среднем оно составляло 3-5%. Среди вариантов обработок в лучшую сторону выделялись плоскорезные обработки. По ним накапливалось до 13-18% влаги. Несколько меньше влаги содержалось по вспашке (10-15%). Поверхностные весенние обработки под яровую пшеницу и нулевые варианты на ячмене существенно уменьшали почвенный влагозапас (от 8 до 13%).

Динамика изменения запасов продуктивной влаги, усвояемой растениями, в метровом слое почвы под яровой пшеницей и ячменем по годам с различным уровнем увлажнения различалась существенно (рисунок 2). Так, в варианте сочетания плоскорезной обработки на 20-22 см под яровую пшеницу с мелкой отвальной на 12-14 см под ячмень запасы продуктивной влаги весной составили от 120,0 мм в 2006 г. до 55,0 мм в 2009 г., при среднемноголетних показателях (за 4 года) - 84,3 мм. К уборке урожая яровой пшеницы запасы влаги снизились от 42,0 мм в 2007 г., 17,0 мм в 2006 г. и даже до 0,0 мм в 2009 году. В 2008 году запасы влаги, наоборот, увеличились до 93,0 мм за счет осадков летнего периода. В остальные годы, независимо от количества выпавших осадков во время вегетации, запасы влаги к уборке культуры уменьшались на 30-80 мм.

О Посев (всходы), апрель, 2-я декада 0 Уборка урожая, июль, 3-я декада

Рисунок 2. Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы под яровой пшеницей, мм (2006-2009 гг.)

Изучение динамики запасов продуктивной влаги, усвояемой растениями, в метровом слое почвы под яровым ячменем показало, что весной она варьировала от 137,0 мм до 46,0 мм при среднем показателе (за 4 года) - 80,0 мм (рисунок 3).

2006 2007 2008

годы

□ Посев (всходы), апрель, 2-3 декада

2009 среднее

пУборка урожая, июль,2-3 декада

Рисунок 3. Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы под яровым ячменем, мм (2006-2009 гг.)

Перед уборкой ячменя в 2006 и 2007 гг. влагозапасы составляли 13 и 38 мм соответственно, опускаясь до 0,0 мм в 2009 г. В 2008 году влаги содержалось более 90,0 мм из-за поступления атмосферной влаги в конце июня -начале июля, но она уже не могла быть полностью использована растениями.

При оценке эффективности использования почвенной влаги минимальный коэффициент водопотребления яровой пшеницы и ячменя -362,4 и 181,8 мм/т зерна соответственно получен на делянках плоскорезного рыхления в пару на 20-22 см под яровую пшеницу в сочетании с последующей вспашкой под ячмень на 12-14 см.

В севообороте наблюдается нисходящая динамика значений по содержанию продуктивной влаги от поля пара к ячменю. Это связано с влагонакопительной ролью черного пара и его последействием на следующие культуры. Общая закономерность распределения вариантов обработки почвы по содержанию воды в ней одинакова для всех полей (культур) и, в целом, для всего севооборота (таблица 6). Более других накапливало продуктивной влаги сочетание в севообороте двух плоскорезных обработок на 20-22 см. Это проявляется в пару (69,2 мм) и под ячменем (60,5 мм). Под яровой пшеницей (82,5 мм) несколько выше отмечено содержание воды по комбинированной системе основной обработки, в которой после плоскорезного рыхления на 20-22 см в пару идет вспашка на 12-14 см под замыкающую культуру - ячмень. Близкие величины отмечались по варианту, где комбинируются отвальная и плоскорезная обработки - 80,3 мм по яровой пшенице и 61,4 мм под ячменем.

Таблица 6 - Содержание продуктивной влаги в слое почвы 0-1,00 м, мм _(в среднем за 2006-2009гг.)__

№ п./п. Система обработки почвы в севообороте Черный пар Яровая пшеница Яровой ячмень Среднее по севообороту

1 020 - 020 60,2 76,4 58,4 65,0

2 П20 - П20 69,2 81,9 60,5 70,5

3 020-П12 58,2 80,3 61,4 66,6

4 П20 - 012 61,8 82,5 59,1 67,8

5 020 - «0» 52,7 65,8 55,2 57,9

6 П20 - «0» 53,0 67,1 55,2 58,4

7 Л10-П20 50,4 65,4 58,2 58,0

8 Б10-020 51,8 70,3 60,5 60,8

НСР05 5,8 4,2 2,0 -

Заслуживает внимания последняя комбинация боронование - вспашка, по которой в среднем накапливается 60,8 мм продуктивной влаги, что на 2,9 и 3,4 мм опережает пятый и шестой варианты. Не 2-5 мм меньше, чем в последнем, содержалось продуктивной по предпоследнему варианту, сочетающему лущение для яровой пшеницы и плоскорезную обработку под ячмень. На вариантах, где в замыкающем поле севооборота обработок не проводили, содержание продуктивной влаги было минимальным - в среднем 58-58,5 мм.

2. Биологические показатели плодородия почвы

Биологическая активность. В среднем за годы исследований максимальная биологическая активность почвы, определяемая по степени разложения льняного полотна, отмечалась при вспашке отвальным плугом как в черном пару (48%), так и под яровыми зерновыми культурами (36%). Здесь имеет место процесс создания условий повышенной заселенности микрофлорой подпахотных слоев и мобилизация микробиологических процессов за счет поступления свежих растительных остатков яровой пшеницы и ячменя. Сохранение растительных остатков на поверхности при плоскорезной обработке на 20-22 см не приводило к существенному снижению запасов влаги под культурами (таблица 7).Уменыпение глубины обработки почвы в пару (варианты 7-8) или под зерновые культуры (варианты 3-6) обусловливало относительное снижение показателя биологической активности на 6-20%, особенно отчетливо это проявилось в паровом поле.

Таблица 7 - Биологическая активность почвы по вариантам обработки почвы, % распада льняного полотна относительно начального (за 2006-2009 гг.)

№ Система обработки почвы в севообороте Пар черный Яровая пшеница Ячмень

2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г. сред. 2006 г. 2007 г. 2008 г. ; 2009 г. сред. 2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г. сред.

1 020 - 020 56 40 60 40 48 40 23 45 20 32 52 28 55 24 39

2 П20 - П20 50 34 53 35 43 36 21 40 19 29 50 25 54 25 38

3 020 - П12 40 30 45 28 36 26 20 30 18 24 43 21 45 20 32'

4 П20 - 012 40 32 40 25 34 24 21 27 18 22 40 23 46 19 32

5 020 - «0» 32 25 36 21 28 21 19 22 17 21 20 16 20 15 ¡7

6 П20 - «0» 27 19 31 17 24 20 16 21 15 18 17 13 20 10 15

7 Л10 -П20 20 17 22 15 18 20 18 22 16 20 33 26 30 19 25

8 Б10 - 020 26 20 27 15 22 23 18 23 18 21 28 30 31 19 27

НСР05 12 8 12 13 11 10 6 14 11 10 9 8 11 5 8

Мелкие и поверхностные обработки под яровую пшеницу и ячмень приводили к стабилизации на одном уровне микробиологических процессов, происходящих в почве. Нулевые обработки под ячмень снижали величину распада полотна до 15-17%.

Среди отдельных лет исследований минимальная биологическая активность почвы, без относительно к вариантам ее обработки, отмечалась в более засушливые 2007 и 2009 гг., порядка 15-40%, в сравнении со средними по увлажнению 2006 и 2008 гг. - 20-60%.

Засоренность посевов. Посевы зерновых культур были засорены умеренно, с незначительным переходом от слабой к средней степени (таблица 8). Отвальные и разноглубинные обработки почвы в зернопаровом трехпольном севообороте являются наиболее эффективным и экологически чистым средством снижения засоренности посевов. При этом нецелесообразно увеличивать глубину обработки более, чем на 20-22 см, так как энергетические затраты на обработку почвы становятся неэквивалентны снижению засоренности. Мелкая и нулевая обработки почвы создают более благоприятные условия для роста и развития сорных растений. Обработка почвы на 8-10 см приводит к концентрации их семян в верхнем слое почвы.

Таблица 8 - Засоренность пара и посевов зерновых культур по вариантам основной обработки почвы, шт./м2 (в среднем за 200б-2009г.г.)

№ Система обработки Черный пар Яровая Яровой В среднем по

п./п. почвы в севообороте пшеница ячмень севообороту

1 020 - 020 11 5 7 2

24 16 17 19

2 П20 - П20 18 9 14 14

45 26 40 37

3 020-П12 15 6 6 9

38 29 28 32

4 П20-012 23 11 8 14

63 47 38 49

5 020 - «0» 26 13 29 23

63 50 91 68

6 П20 - «0» 32 16 28 25

79 54 85 73

7 Л10-П20 40 20 12 24

91 71 58 73

8 Б10 - 020 46 22 22 30

99 76 i 66 81 _________ .2

Примечание: числитель - количество, шт./м"'; знаменатель - воздушно-сухая масса, тЫ\

Отрицательные последствия мелкой обработки наиболее заметны в увлажненные годы и в засушливый весенне-летний период, когда слабо очищается поверхностный слой парующего поля. Сочетание обработок уменьшает засоренность посевов в сравнении с нулевой и поверхностной.

3. Агрохимические показатели плодородия почвы Накопление растительных остатков. Суммарное количество растительных остатков и их распределение по отдельным годам коррелирует с урожайностью полевых культур (рисунок 4). Суммарная максимальная масса растительных остатков яровой пшеницы и ячменя (1,50 т/га), отмечалась на варианте, где чередовались вспашка на 20-22 см и плоскорезное рыхление на 10-12 см. Далее в порядке убывания их количества следуют варианты постоянной отвальной и безотвальной обработок - 1.45 и 1,33 т/га .

2006 г.

2007 г.

2008 г. 2009 г.

□ 020-020

□ П20-П20

□ 020-П12

□ П20-012 Ш 020-«0»

□ П20-«0» ЕЗ /110— П20

□ Б10-020

Рисунок 4. Накопление пожнивных и корневых остатков зернопарового севооборота в зависимости от обработки почвы, т/га за 2006-2009 гг.

Сочетание в севообороте глубоких осенних и мелких весенних обработок (варианты 7, 8) приводило к уменьшению массы растительных остатков двух культур относительно четвертого варианта на 0,43-0,93 т/га. На 0,67 и 0,81 т/га меньше, в сравнении с лидирующим сочетанием, накапливалось корневых и пожнивных остатков изучаемых культур на вариантах, сочетающих вспашку и плоскорезное рыхление с нулевой обработкой (варианты 5 и 6).

Содержание питательных веществ. Наибольшее количество питательных веществ отмечалось по вариантам постоянной отвальной и плоскорезной обработок, а также на вариантах, сочетающих средние и мелкие обработки плугом и плоскорезом (таблица 9). Минимальным содержанием нитратного (0,5-0,6 мг/100 г почвы) и аммиачного (0,8-1 мг/100 г почвы) азота характеризовались варианты, где чередуются осенние и весенние обработки почвы. С увеличением глубины и интенсивности обработки содержание возрастало в 2-3 раза. Более высокое содержание Р205 и К20 под яровой пшеницей было на варианте, сочетающем глубокие и нулевые обработки, а под ячменем при более глубоких обработках. Обобщая динамику питательных веществ по отдельным системам основной обработки, следует подчеркнуть, что максимальное количество нитратного и аммиачного азота содержалось по вспашке на 20 -22 см, фосфора и калия по плоскорезному рыхлению на такую же глубину. Из других вариантов положительно выделялись комбинированные обработки с сочетанием отвальной и безотвальной, а также системы поверхностно-средних обработок.

Таблица 9 - Содержание элементов питания под культурами по вариантам основной обработки почвы, мг/100 г почвы (среднее за 2006-2009 гг.)

№ п./п.

Вариант обработки почвы

Яровая пшеница

Ш3 Ш4

р2о5

К20

Ячмень

N0,

Ш4

р2о5

к,0

020 - 02О

1,79

2,03

П20-П20

1,52

1,77

1,03 0,90

23,1

1,45

1,48

1,07

22,1

25,1

020-п12

1,72

1,77

0,94

22,9

1,12 Тло

1,43

2,54

28,9

1,48

2,32

28,9

П20-012

1,71

020 - «О

0,59

1,88

0,92

23,0

1,30

1,39

1,10

25,3

0,63

1,13

1,91 Т54~

29,4

28,1

П20 - «О»

0,50

0,80

1,12

24,6

0,55

1,11

1,46

27,3

Л10-П20

1,08

1,04

1,17

25,3

0,70

1,26

1,66

Б10 - 02 о

1,15

1,06

1,34

25,7

0,84

1,37

1,52

27,3 "25Х

Структура урожая и урожайность. На структуру урожая и урожайность зерновых культур в годы исследований метеорологические условия оказали более существенное влияние, чем изучаемые системы обработки почвы. Установлено, что при длительной мелкой обработке почвы наблюдается тенденция ухудшения целого ряда показателей таких, как количество растений перед уборкой, число продуктивных стеблей, масса зерна в колосе, масса 1000 зерен, это связано с более низким уровнем влагообеспеченности (таблица 10).

Таблица 10 - Урожайность зерновых культур по вариантам основной обработки почвы, т/га

№ п./п.

Система обработки почвы в севообороте

020-020

2006

0,55

Яровая пшеница

2007

0,83

2008

2009

0,49

0,09

Сред

2006

0,49

0,89

Яровой ячмень

2007

1,13

2008

0,81

2009

0,13

Сред.

0,74

П20-П20

0,51

020-П12

0,53

0,45 0,80

0,76

0,08

0,45

0,78

0,71

0,99

0,11

0,65

0,47

0,09

0,47

0,75

0,68

0,95

0,11

0,62

П20-012

0,59

0,52

0,09

0,52

1,10

1,39

1,0

0,16

0,91

020 - «0»

0,39

0,47

0,28

0,05

0,30

0,70

П20 - «0»

0,25

0,37

0,22

0,04

0,22

0,51

0,63 0,64

0,69

0,10

0,46

0,07

Л10 - П20

Б10-020

НСР05, т/га

0,49

0,57

0,66

0,08 0,45

0,69

0,74

0,89

0,13

0,59

0,44

0,74

0,08 0,46

0,88

1,12

0,!

0,13

0,07

0,11

0,13

0,03

0,12

0,20

0,10 0,05

0,58

0,42

0,61

0,73

Минимальной она была в 2009 году, особенно - яровой пшеницы на 5 и 6 вариантах - 0,04-0,05 т/га, а ярового ячменя на тех же вариантах - 0,07-0,10 т/га Максимальную урожайность в исследуемые годы яровая пшеница сформировала при безотвальной глубокой обработке в 2008 году - 0,88 т/га и в варианте 3 в 2007 году при отвальной глубокой - 0,83 т/га, а яровой ячмень в 2007 году в варианте 4 при отвальной мелкой обработке - 1,39 т/га и в варианте 1 при отвальной глубокой - 1,13 т/га.

1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.10

ГС

□ 020 - ого

0 П20-П20

а 020-П12

□ П20-012 Ш 020-"0"

□ П20-"0"

□ Л10-П20

□ Б10-020

Яровая пшеница

По севооборту

Рисунок 5. Продуктивность зернопарового севооборота в зависимости от основной обработки почвы, т/га (в среднем за 2006-2009 гг.)

В зернопаровом севообороте комбинация и чередование основных обработок почвы повлияли на общую продуктивность культур (рисунок 5). Так, наиболее высокая продуктивность севооборота (0,48 т/га) отмечена при чередовании средней и мелкой обработок соответственно плоскорезом и плугом. На 0,07-0,08 т/га меньше данной комбинации давали первый и восьмой варианты, в которых проводилась постоянная вспашка и сочетание поверхностных и средних обработок соответственно. Наименее продуктивными оказались варианты 5 и б, сбор зерна здесь составил 0,29 и 0,21 т/га.

Агроэнергетическая и экономическая эффективность. Система обработки почвы считается эффективной, если биоэнергетический коэффициент равен или более единицы. Максимальные значения накопленной, приращенной энергии и коэффициента энергетической эффективности (1,23). получены по варианту комбинированной обработки, включающей плоскорезное рыхление на 20-22 см под яровую пшеницу и вспашку на 12-14 см под ячмень(таблица 11). Близкие показатели из-за меньших энергетических затрат получены при обработке почвы бороной БИГ-3 под первую культуру и весенней отвальной обработке под вторую.

Отрицательные результаты агроэнергетической оценки систем основной обработки почвы обусловливало сочетание глубоких отвально-безотвальных обработок на 20-22 см под яровую пшеницу с нулевыми вариантами для ячменя. Коэффициент энергетической эффективности равнялся 0,94 и 0,72.

Таблица 11 Агроэнергетическая эффективность систем основной обработки почвы в зернопаровом севообороте (среднее за 2006-2009 гг.)_

№ п./п. Вариант обработки почвы Продук тивность сево оборота, т/га Энергия, МДж/га Энерго емкость 1т, МДж/га Затраты энергии на 1 кг продукции, мДж КЭЭ коэф. энерг. эффект.

Накопленная в продукции Затраченная на воз делывание культур

1 020 -020 0,41 20311 18890 46073 46,7 1,08

2 П20-П20 0,37 18167 17762 48005 48,0 1,02

3 020-П12 0,36 18005 17484 48567 48,57 1,03

4 П20-012 0,48 22606 18355 38340 38,34 1,23

5 020 - «0» 0,29 14524 15500 53448 53,45 0,94

6 П20 - «0» 0.21 10563 14649 69757 69,76 0,72

7 Л10-П20 0,35 17643 16743 47837 47,84 1,05

8 Б10 - 020 0,40 19649 16524 41310 41,31 1,19

В среднем за годы исследований, экономически наиболее эффективным выглядит вариант 4 (П20-012) (таблица 12). Здесь отмечались самая низкая себестоимость единицы продукции (3135,52 руб./т), максимальный чистый доход (1371,5 руб.) и рентабельность (43,7%).

Таблица 12 - Экономическая эффективность различных систем основной обработки почвы в севообороте (среднее за 2006 -2009 гг.)_

№ Продуктивность севооборота, т/га Затраты на производство зерна руб./т Себесто имость 1 т зерна, руб. Цена реализа -ции руб./т Стоимость основной продукции, руб. Чистый доход, руб. Уровень рентабель ности, %

на 1 т на 1 га

1 0,41 1576,86 3846,00 4443,10 1821,67 597,1 244,81 15,5

2 0,37 1528,7 4129,73 4375,94 1619,10 246,21 90,4 6,0

3 0,36 1544,29 4289,69 4347,11 1564,96 57,42 20,67 1,3

4 0,48 1505,05 3135,52 4507,07 2163,39 1371,5 658,34 43,7

5 0,29 1474,67 5085,07 4257,39 1234,64 -827,7 -240,0 -16,3

6 0,21 1463,34 6968,29 4265,90 895,84 -2702 -567,5 -38,8

7 0,35 1351,38 4033,97 4323,15 1513,10 289,18 161,72 7,2

8 0,40 1303.71 3259,28 4332,0 1732,80 1072,7 429,09 33,0

Убыточными оказались 5 и 6 варианты. Самые низкие экономические показатели получены по варианту 6, они соответственно равнялись 6968,3 руб., -2702 руб. и -38,8%

Выводы

1. Исследования, проведенные в засушливых условиях Волгоградского Заволжья, позволили выявить и оценить наиболее совершенные системы обработки почвы в зернопаровом севообороте пар черный - яровая пшеница -ячмень.

2. В силу своих морфолого-генетических свойств светло-каштановые почвы имеют более высокое уплотнение пахотного слоя при смешанных глубоких и "нулевых" обработках. Постоянная вспашка способствовала снижению плотности почвы на 0,04-0,07 г/см3.

3. Глубина основной обработки не оказывает значительного влияния на макро- и микроагрегатный состав почвы, однако при систематической поверхностной обработке наблюдается распыление верхнего слоя почвы и уменьшение водопрочности его структуры.

4. Глубина осенней обработки не оказывает значительного влияния на содержание и динамику почвенной влаги в посевах яровой пшеницы, ячменя и черного пара. В годы с большим количеством вневегетационных осадков и предпахотным увлажнением преимущество по весеннему увлажнению имеет глубокая вспашка в пределах 5-8%. Постоянная мелкая обработка приводит к ухудшению водного режима.

5. Максимальная биологическая активность почвы наблюдается при постоянной отвальной обработке на 20-22 см в севообороте. В пару она равнялась 48%, под яровой пшеницей - 32%, на ячмене - 39%.

6. Увеличение глубины обработки почвы более 20-22 см существенно не сказывается на количественном и качественном составе сорняков. В то же время применение поверхностных обработок (отвальных и безотвальных) в сочетании с «нулевыми» создают наиболее благоприятные условия для развития сорняков, их количество и масса возрастает 3-3.5 раза.

7. Исследованиями установлено, что под отдельными культурами за вегетационный период накапливается после яровой пшеницы от 0,15 до 0,34 т/га корневых и пожнивных остатков; после ярового ячменя соответственно 0,54-1,16 т/га. По содержанию органического вещества растительные остатки яровой пшеницы равноценны- 0,53-1,21 т/га навоза; растительные остатки ярового ячменя 1,80-3,86 т/га навоза.

8. Наиболее высокое содержание питательных веществ обеспечивается при глубоких обработках почвы. Мелкие и поверхностные обработки приводили к уменьшению содержания азота, фосфора и калия в пахотном слое в 1,2-1,5 раза и к их более поверхностной дислокации.

9. В более увлажненные годы проявляется преимущество отвальной обработки, в засушливые - плоскорезной по влиянию на урожайность зерновых культур. Наиболее эффективна комбинация приемов и глубины в севообороте (П20 - 012), приводящее к увеличению продуктивности на 0,10-0,20 т/га относительно мелких и поверхностных обработок в сочетании с «нулевой».

10. Максимальные значения накопленной энергии (22506 мДж/га) и коэффициента энергетической эффективности (1,23) получены по варианту

комбинированной обработки, включающей плоскорезное рыхление на 20-22 см под яровую пшеницу и вспашку на 12-14 см под ячмень. Здесь же отмечались самая низкая себестоимость единицы продукции (3135,52 руб.), максимальный чистый доход (1371,5 руб.) и уровень рентабельности (43,7%),

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. На светло-каштановых почвах Волгоградского Заволжья в трехпольном зернопаровом севообороте рекомендуется применять разноглубинную комбинированную систему основной обработки почвы, включающую плоскорезное рыхление на 20-22 см в черном пару под яровую пшеницу и отвальную вспашку на 12-14 см под ячмень, что позволяет увеличить продуктивность севооборота и снизить себестоимость продукции в 1,5 раза, увеличить рентабельность производства зерна в 2-2,5 раза.

2. В случае невозможности своевременного и качественного проведения зяблевой обработки под все культуры севооборота, ее следует сочетать с поверхностной ранневесенней обработкой на 8-10 см, используя ^дисковый лущильник и игольчатую борону.

3. В исключительных случаях, в целях экономии времени и средств, возможно применение чередования "нулевой" обработки под замыкающую севооборот культуру в сочетании с глубокой вспашкой или плоскорезным рыхлением на 20-22 см в пару под яровую пшеницу.

Список опубликованных работ по теме диссертации Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации

1. Беленков, А.И. Роль севооборота и обработки почвы в совершенствовании системы сухого земледелия Волгоградской области / А.И. Беленков, В.П. Шачнев, А.А.Холод // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса. -2007. -№1 (5). - С. 46-51.

2. Беленков, А.И. Статистическая связь между урожайностью зерновых культур и плодородием при различных способах основной обработки зональных почв Нижнего Поволжья / А.И. Беленков, В.П. Шачнев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса. -2007. -№3 (7). - С. 11-14.

3. Беленков, А.И. От традиционных агротехнологий к инновационным /А.И. Беленков, В.П. Шачнев, А.А.Холод // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса. -2008. - №1 (9). -С.70-75.

4. Беленков, А.И. Совершенствование полевых севооборотов и основной обработки светло-каштановых почв в условиях Волгоградской области /А.И. Беленков, В.П. Шачнев, А.А.Холод //Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. -2009. -№3. -С.38-45.

5. Беленков, А.И. Совершенствование системы земледелия Нижнего Поволжья / А.И. Беленков, А.Н. Сухов, В.А. Крейс, В.П. Шачнев, A.A. Холод // Arpo XXI. -2009. -№10-12. -С.22-23.

6. Беленков, А.И. Особенности полевых севооборотов и систем обработки почвы Волгоградской области / А.И. Беленков, В.П. Шачнев, A.A. Холод // Земледелие. -2010. -№2. -С.22-24.

Статьи в сборниках научных трудов и материалах конференций

7. Беленков, А.И. Система сухого земледелия: реальность и перспектива / А.И. Беленков, В.П. Шачнев, A.A. Холод. // Вестник АПК Волгоградской области. -2007. -№4 (272). - С.11-13.

8. Беленков, А.И. От традиционных агротехнологий к системе точного земледелия / А.И. Беленков, В.П. Шачнев, А.А.Холод // Доклады ТСХА. Вып. 280. -Москва: РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2008.- С. 22-24.

9. Шачнев, В.П. Сравнительная оценка способов основной обработки светло-каштановых почв Волгоградского Заволжья / В.П. Шачнев // Материалы конференции молодых ученых и специалистов. -Москва: РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2008. - С. 306-309.

10. Шачнев, В.П. Сравнительная оценка систем основной обработки светло-каштановой почвы в Волгоградском Заволжье / В.П. Шачнев // Материалы конференции молодых ученых и специалистов «Вклад молодых ученых в развитие инновация аграрной науки». -Москва: РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2009. - С. 170-174.

11. Шачнев, В.П. Сравнительная эффективность основной обработки светло-каштановой почвы в Волгоградском Заволжье / В.П. Шачнев // Материалы конференции молодых ученых и специалистов. - Москва: РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2010.- С. 170-174.

Отпечатано с готового оригинал-макета

Формат 60х84'/1б. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ 474.

Издательство РГАУ - МСХА 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44 Тел.: (499) 977-00-12,977-26-90,977-40-64

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Шачнев, Владимир Павлович, Москва

Российский государственный аграрный университет - МСХА

имени К.А. Тимирязева

04201364735

На правах рукописи

ШАЧНЕВ ВЛАДИМИР ПАВЛОВИЧ

ОПТИМИЗАЦИЯ ОБРАБОТКИ СВЕТЛО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВ В ПОЛУПУСТЫННОЙ ЗОНЕ ВОЛГОГРАДСКОГО ЗАВОЛЖЬЯ

Специальность 06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель доктор с.-х. наук, профессор А.И. Беленков

Москва 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

Глава 1 Аналитический обзор литературных источников 9

1.1 Общий обзор литературных источников 9

1.2 Обзор литературных источников по обработке светло-каштановых почв 22

Глава 2 Почвенно- климатическая характеристика района

исследований 26

2.1 Характеристика агроклиматических условий 26

2.2 Характеристика почвенного покрова 31 Глава 3 Программа и условия проведения полевого опыта 36

3.1 Схема полевого опыта. Агротехника культур

в полевом опыте 36

3.2 Методика проведения исследований в полевом опыте 43

3.3 Агроклиматические условия периода исследований 45 Глава 4 Результаты исследований 50

4.1 Агрофизические свойства почвы 50

4.1.1 Плотность и пористость почвы по вариантам

основной обработки почвы в севообороте 50

4.1.2 Структурно-агрегатный состав почвы 58

4.2 Водный режим почвы и водопотребление с.-х. культур 62

4.2.1 Влажность почвы и запас продуктивной влаги в ней 62

4.2.2 Водопотребление с.-х. культур и усвоение осенне-

зимних осадков почвой 70

4.3 Биологические показатели плодородия почвы 75

4.3.1 Биологическая активность почвы и токсичность

почвы 75

4.3.2 Засоренность посевов и почвы при различных

способах и глубине обработки почвы 82

4.4 Агрохимические показатели плодородия почвы 93

4.4.1 Накопление растительных остатков полевыми культурами опытного севооборота 93

4.4.2 Баланс гумуса почвы по вариантам систем

основной обработки почвы в севообороте 107

4.4.3 Содержание основных элементов питания в почве по вариантам основной обработки в зернопаровом севообороте 110

4.5 Формирование, структура урожая, урожайность и

качество продукции культур опытного севооборота 115

4.5.1 Прохождение фенологических фаз и густота

стояния растений 115

4.5.2 Структура урожая и урожайность полевых культур 120

4.5.3 Качество зерна по вариантам основной обработки

почвы в севообороте подопытных культур 130 Глава 5. Агроэнергетическая и экономическая оценка эффективности

систем обработки почвы в зернопаровом севообороте 134

5.1 Агроэнергетическая оценка 134

5.2 Экономическая оценка 137 Выводы 144 Предложения производству 146 Список использованной литературы 147

Приложения 165

ВВЕДЕНИЕ

Современные технологии возделывания сельскохозяйственных культур должны быть экологически и экономически эффективными, т.е. выполняться с наименьшими нарушениями состояния естественной среды и с наибольшей компенсацией затраченных природных, трудовых и материально-денежных ресурсов. Перспективным направлением развития отечественного земледелия является переход на малозатратные технологии, учитывающие ограниченность ресурсного обеспечения современного российского сельскохозяйственного производства.

В мировом земледелии наблюдается значительный и все возрастающий дисбаланс потребленной и полученной в производственном цикле энергии. При насыщении экосистемы энергией до уровня 14 тыс. МДж/га ее КПД достигает максимума. В самой развитой по использованию энергии стране -США - фактическое значение этого показателя уже значительно превышает оптимальное, и достигло в среднем 29713 МДж/га. В России, в т.ч. Нижнем Поволжье, энергонасыщение основных полевых культур в богарном земледелии пока не превышает 12-15 тыс. МДж/га.

В этих условиях научные исследования и производственная практика должны быть направлены на разработку и внедрение малозатратных технологий возделывания с.-х. культур, обеспечивающих приемлемую рентабельность и уровень производства. Особая роль здесь принадлежит совершенствованию системы основной обработки почвы, так как на нее расходуется 30-50 % энергетических и 20-25% трудовых затрат в современном растениеводстве.

К настоящему времени научно-исследовательскими учреждениями

проведены достаточно многочисленные и продолжительные исследования по

изучению обработки почвы в различных природных зонах Нижнего

Поволжья. Обоснованные общие принципиальные положения сохранили

свою научную достоверность и практическое значение, но они не могут быть,

4

в полной мере, реализованы в условиях недостаточной обеспеченности производственно-экономической базы, характерной для большинства отечественных сельхозтоваропроизводителей и нуждаются в соответствующей корректировке.

Годовая потребность населения Волгоградской области, составляющего 2,7 млн. чел., при ежесуточном потреблении в пищу с калорийностью 12,2 МДж, что по содержанию энергии эквивалентно 2,4 кг зерна пшеницы, составляет 2 млн. 360 тыс. т зерна. Следовательно, при достижении стабильного годового производства зерна даже в засушливые годы- 4,0 млн. т, из которых не менее 400...500 тыс. т должны отвечать требованиям продовольственного, зерновая проблема в области не только решается, но данный вид продукции получает право быть реализованным на внешнем рынке. Однако в засушливые годы (при 75% обеспеченности осадками), объем производства зерна снижается до 2,5 млн.т и менее.

В связи с этим совершенствованию технологий выращивания зерновых культур в Волгоградской области и отдельных их элементов, таких как основная обработка почвы, должно уделяться повышенное внимание ученых.

Типичной проблемой для сельскохозяйственных предприятий Волгоградского Заволжья стала несвоевременность осенней и весенней обработки почвы из-за недостатка горючего, сельскохозяйственной техники и устойчивого дефицита влаги осенью в неблагоприятные годы. В результате большие площади, предназначенные под яровые культуры, остаются с осени не обработанными и засеваются по «весновспашке». Возникает производственная необходимость выработать гибкую агротехнику, которая позволила бы уменьшить негативные последствия упрощенной технологии, связанной с задержкой посева, иссушением и плохой разделкой почвы. Такая улучшенная технология должна быть минимизированной, влаго- и ресурсосберегающей, позволять в короткие сроки при наименьших затратах труда, материальных ресурсов качественно подготовить почву с

максимальным сохранением в ней влаги.

5

Целью наших исследований является: изучить и обосновать эффективность системы основной обработки почвы в зернопаровом севообороте с использованием различных приемов и орудий на светло-каштановых почвах Волгоградского Заволжья.

Задачи исследований:

• дать оценку эффективности осенних и весенних приемов обработки почвы в севообороте: пар черный - яровая пшеница - яровой ячмень;

• изучить в типичном для зоны полевом севообороте различные приемы и глубину обработки почвы по влиянию на урожайность сельскохозяйственных культур и динамику плодородия;

• установить рациональное сочетание и правильную комбинацию различных обработок почвы в зернопаровом севообороте;

• изучить возможность минимизации основной обработки светло-каштановых почв Волгоградского Заволжья;

• дать агротехническую, экономическую, энергетическую и экологическую оценку предлагаемым приемам обработки почвы.

Актуальность исследований.

Актуальность исследований состоит в необходимости разработки и совершенствования составных звеньев зональных систем адаптивно-ландшафтного земледелия и соответствующих систем основной обработки почвы применительно к хозяйствам различных форм собственности. Вопросы о способах и сроках обработки почвы, отвечающих почвенно-климатическим условиям, являются также достаточно актуальными.

Научная новизна. Впервые на светло-каштановых почвах

Палласовского района Волгоградской области проведено комплексное

изучение эффективности зяблевой и весенней основной обработки

различными почвообрабатывающими машинами и орудиями.

Исследованиями доказана возможность и целесообразность обработки

почвы, позволяющей с меньшими материальными и энергетическими

6

затратами получать стабильные урожаи зерновых культур в данной почвенно-климатической зоне.

Практическая значимость. Комбинированные системы основной обработки почвы в зональных севооборотах относительно других вариантов позволяют рационально и экономно использовать трудовые и материальные затраты, снижать себестоимость продукции в 1-1,5 раза, увеличивая рентабельность производства зерна в 2-2,5 раза.

Основные положения, выносимые на защиту:

• агрофизические, агрохимические и биологические свойства светло-каштановой почвы в зависимости от приемов основной обработки .

• формирование урожайности зерновых культур по вариантам обработки почвы.

• сравнительная эффективность систем основной обработки почвы в полевом севообороте;

• экономическая и энергетическая оценка вариантов обработки почвы в полевом опыте под культуры севооборотного звена.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на международных и всероссийских научных и научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Волгоградского ГАУ (2007, 2008, 2009 гг.), научных конференциях РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева в 2008-2010 гг.

Результаты исследований использовались при разработке рекомендаций по проведению полевых работ в хозяйствах Палласовского района Волгоградской области.

По материалам исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе 6 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Работа выполнялась на кафедре земледелия и агрохимии Волгоградской ГСХА, ее экспериментальная часть в учебно - опытном хозяйстве ГОУ ПУ №

56 г. Палласовка Волгоградской области в 2006-2009 гг.

7

Результаты исследований внедрены в отдельных сельскохозяйственных предприятиях Палласовского района Волгоградской области: ОАО «Калининское», КСП «Чапаевское», ГПЗ «Ромашковский», ЗАО «Сармат» на площади 500 га с общим экономическим эффектом 184,0 тыс. руб.

Автор выражает благодарность за консультацию и помощь в подготовке и проведении исследований, написании диссертации научному руководителю профессору Беленкову А.И., заведующему кафедрой земледелия и агрохимии, профессору Плескачеву Ю.Н., профессору Сухову А.Н., профессору Жидкову В.М., доценту Журбенко А.К., руководству и учащимся ГОУ ПУ № 56, обслуживающему персоналу учхоза, работникам отдела сельского хозяйства Палласовского муниципального района, агроному Жидковой Т.Л., бухгалтеру Кузнецовой Г.Н., работнику метеостанции г. Палласовка Кобелевой Л. В., заведующей отделом ЦСО Неженцевой Л.Ф., преподавателю математики и информатики Палласовского филиала Негосударственного образовательного учреждения Высшего профессионального образования «Волгоградский институт бизнеса» Зинченко Н.В.

I. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 1.1 Общий обзор литературных источников

Проблемы изучения способов, глубины и сроков обработки почвы всегда представляли определенный интерес среди ученых и практиков сельскохозяйственного производства. Начиная с античных време, и до сегодняшнего дня, вопросы обработки почвы всегда были предметом пристального внимания и постоянного исследования [9, 12, 20, 27, 30, 42, 52]. Общей теоретической основой построения систем обработки почвы служат два закона земледелия: закон совокупного действия факторов роста растений и закон минимума. В зависимости от почвенно-климатических условий факторы, лимитирующие достижения высоких урожаев, различны. Поэтому универсальной системы обработки нет и быть не может. Она должна носить местный, региональный характер.

В работах многих русские ученые отмечалась необходимость определения оптимальной глубины обработки почвы. Так, А.Т. Болотов [21], определяя глубину вспашки, отмечал, что «...земля, сколько можно глубже вспахана и мягче была обработана».

По словам И.А. Стебута [154] выясняется: «Чем глубже пашется земля, тем глубже она разрыхляется, тем легче проникает в нее вода, так что при недостатке последней почва остается долее влажной» и «чем глубже пашется земля, тем скорее обогревается почва, тем беспрепятственней могут проникать в почву на большую глубину корни растений и, тем больше становится масса почвы, из которой растения берут корнями пищу».

В работах A.A. Измальского [69] отмечается: «Поддержание поверхности почвы в рыхлом состоянии и углубление пахотного слоя имеют громадное значение в борьбе с засухой. Значение этих мер тем сильнее должно выражаться, чем суше климат и, чем легче, благодаря своим физическим свойствам, уплотняется почва».

К.А. Тимирязев [159] утверждал, что польза глубокой вспашки кажется, не подлежит сомнению вследствие достигаемого двойного результата - накопления и лучшего сохранения влаги.

Д.И. Менделеев [107] писал: «Углубление пахотного слоя до возможной глубины вводит в оборот большую массу почвенного запаса», в то же время он указывал, что «очень многие впадают в ошибку, полагая, чем больше раз пахать, тем лучше. Если накрыть почву чем бы то ни было оттеняющим и дать ей спокойно полежать некоторое время, то она без всякого пахания достигнет зрелости».

П. А. Костычев [91] отрицал ежегодное проведение глубоких обработок почвы. Он считал, глубоко пахать нужно через ряд лет, а «в промежуточное время можно для избежания расходов довольствоваться более мелкой пахотой. Если приходится пахать сухую землю, то чем позднее она пашется, тем мельче должна быть пахота, потому что при пахоте глубокой приходится запахивать землю сухую, а выворачивать влажную, следовательно, потери воды при этом неизбежны».

Сторонником и пропагандистом поверхностной обработки почвы на глубину 5-6 см был И.Е. Овсинский, который получал при такой обработке урожай, вдвое превышающий окружающие хозяйства. Это он объяснял тем, что неглубоко обработанная почва обладает хорошей водо- и воздухопроницаемостью.

По мнению И.Е. Овсинского [117], в девственных степях и в лесах, где человек не попортил почву глубокой вспашкой, природа без селитры и суперфосфатата, производит такую обильную растительность, какой ни один поклонник глубокой вспашки создать не в состоянии, хотя бы он искусственные удобрения употреблял возами, потому что вред, какой приносит земле пахота, никакие удобрения не в состоянии залечить.

Обработка почвы, как известно, древнейший прием земледелия.

Однако и по сей день, нет единой теории обработки почвы, а в области

практики жизнь рождает все новые и новые приемы и системы. При анализе

10

результатов исследований и взглядов отдельных ученых обращает на себя внимание разнобой в опытных данных, отсутствие согласованной точки зрения на целесообразность и эффективность тех или иных приемов обработки почвы. Причем эти расхождения наблюдаются не только, в различных внешних условиях, но и у авторов, работающих в одних регионах.

В 30-х годах прошлого столетия, в земледелии страны распространение система зяблевой обработки почвы, включающая отвальную вспашку с предварительным проведением лущения стерни. Основоположником этой системы является академик В.Р. Вильяме [33, 131]. Система основной зяблевой обработки почвы удовлетворительно зарекомендовала себя, в основном, в районах достаточного увлажнения.

Альтернативой системе зяблевой обработки явились результаты исследований Т.С. Мальцева [102], который предложил в севооборотах с короткой ротацией чередовать глубокое безотвальное рыхление почвы на 30 - 40 см с поверхностными обработками в течение 3-4 последующих лет. В основе предложенной системы лежит положение о необходимости сохранения верхней, более плодородной, части почвы на прежнем месте. При этом корневая система однолетних культур в условиях ограниченного доступа воздуха обеспечивает повышение плодородия почвы (накопление деятельного перегноя, ее структурирование). Идея о безотвальной обработке почвы, предложенная ученым-практиком, явилась толчком для дальнейшей разработки и конкретизации приемов зяблевой обработки и обработки паров в засушливых районах России.

В 40-х годах XX века идея возможного проведения поверхностной обработки почвы усиленно пропагандировал американский фермер Э. Фолкнер [172]. Он предполагал, что причиной снижения плодородия почвы и возникновения её эрозии является ежегодная глубокая вспашка плугом с отвалом. Фолкнер [172] предлагал проводить поверхностную обработку почвы дисковыми орудиями с обязательной мелкой заделкой зеленых

удобрений. В этом случае обеспечивается быстрый переход почвы в естественное состояние.

В 60-е годы XX века академик А.И. Бараев [12] разработал и активно претворял в жизнь систему почвозащитной технологии, основанную на при